Visualizar lo invisible
Un nuevo modelo de ayuda a la interpretación de imágenes moleculares de resolución atómica
Existen múltiples formas de crear modelos bidimensionales y tridimensionales de átomos y moléculas. Con la llegada de aparatos de última generación que permiten obtener imágenes de muestras a escala atómica, los científicos descubrieron que los modelos moleculares tradicionales no se ajustaban a las imágenes que veían. Los investigadores han ideado una forma mejor de visualizar las moléculas basándose en estos métodos tradicionales. Sus modelos se ajustan bien a los datos de las imágenes que adquieren, y esperan que puedan ayudar a los químicos con su intuición para interpretar las imágenes moleculares.
La conocida tabla periódica de los elementos con cada tipo de átomo mostrado como bolas de colores. El tamaño de cada átomo en el modelo CPK (arriba) es mayor que el del modelo relacionado con Z (abajo), ya que se basa en la distribución de electrones alrededor de un átomo y no en el tamaño del propio núcleo. Esto es importante en la microscopía electrónica, donde la nube de electrones no es visible.
© 2021 Nakamura, Harano et al.
Cualquiera que lea esto probablemente esté familiarizado con los modelos tradicionales de átomos y moléculas, en los que bolas de distinto tamaño y color representan los distintos núcleos atómicos, y los palos representan las propiedades de los enlaces entre átomos. Aunque son herramientas educativas útiles, son mucho más simples que la realidad que reflejan. Los químicos tienden a utilizar modelos como el de Corey-Pauling-Koltun (CPK), que es similar al de las bolas y los palos pero con las bolas infladas para que se superpongan. El modelo CPK informa a los químicos sobre la forma en que interactúan los componentes de una molécula mucho mejor que el modelo de bolas y palos.
En los últimos años, por fin ha sido posible no sólo captar las estructuras de las moléculas, sino incluso grabar su movimiento e interacciones en vídeos gracias a tecnologías como la microscopía electrónica de transmisión de resolución atómica (AR-TEM). Esto se llama a veces "ciencia molecular cinematográfica". Sin embargo, es con este salto en nuestra capacidad de visualizar lo invisible cuando los modelos de bola y palo o CPK se convierten en un obstáculo más que en una ayuda. Cuando los investigadores del Departamento de Química de la Universidad de Tokio intentaron ajustar estos modelos a las imágenes que veían, se encontraron con algunos problemas.
"El modelo de bola y palo es demasiado simple para describir con precisión lo que realmente ocurre en nuestras imágenes", dijo el profesor Koji Harano. "Y el modelo CPK, que técnicamente muestra la propagación de la nube de electrones alrededor de un núcleo atómico, es demasiado denso para discernir algunos detalles. La razón es que ninguno de esos modelos demuestra los verdaderos tamaños de los átomos que muestran las imágenes de AR-TEM".
En las imágenes de AR-TEM, el tamaño de cada átomo se correlaciona directamente con el peso atómico de ese átomo, conocido simplemente como Z. Por ello, el profesor Eiichi Nakamura y su equipo optaron por modificar un modelo de bola y palo para que se ajustara a sus imágenes, en el que cada núcleo del modelo tenía un tamaño acorde con el número Z del núcleo que representaba, y lo denominaron modelo molecular relacionado con Z(ZC). Mantuvieron el mismo sistema de colores utilizado en el modelo CPK, introducido originalmente por los químicos estadounidenses Robert Corey y Linus Pauling en 1952.
"Una imagen vale más que mil palabras, y se pueden comparar las imágenes de AR-TEM con la primera fotografía de un agujero negro", dijo Nakamura. "Ambas muestran la realidad como nunca antes se había visto, y ambas son mucho menos claras que el aspecto que la gente probablemente imagina que deberían tener. Por eso los modelos son tan importantes, para salvar la distancia entre la imaginación y la realidad. Esperamos que el modelo molecular correlacionado con Z ayude a los químicos a analizar las imágenes del microscopio electrónico basándose en la intuición, sin necesidad de realizar ningún cálculo teórico, y abra un nuevo mundo de "ciencia molecular cinematográfica"."
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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